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自从碳纳米管被发现以来,由于其所具有独特的结构、优异的性能和广泛的用途使其成为化学、物理和材料学界的研究热点。碳纳米管具有极大的比表面积,良好的化学和热稳定性,是一种理想的催化剂载体材料。随着燃料电池研究的不断深入,研究者们逐渐把目光转移到将碳纳米管应用于催化剂载体的制备过程中,以其为载体不仅可以提高催化剂的分散度和利用率,还可以减小贵金属载量,降低催化剂的成本,提高燃料电池的性能。然而,碳纳米管是化学惰性物质以及不溶于任何溶剂,极大地制约了它的应用。因此,对碳纳米管进行改性以提高其在溶剂及相关基材中的分散性,具有十分重要的意义。本文着重于羧化处理多壁碳纳米管以及非共价功能化多壁碳纳米管复合材料的制备,然后负载Pt基或Pd基电催化剂,并结合各种表征手段对其进行了研究,以期探索其在燃料电池领域的应用前景。全文分两部分:第一部分:碳纳米管的概述、碳纳米管的结构与性质、碳纳米管的纯化与功能化,并对其作为催化剂的载体在燃料电池催化剂领域的应用进行了综述。第二部分:研究论文,内容如下:1.论文首先介绍了酸处理多壁碳纳米管的制备方法。然后采用表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)作为软模板,利用硼氢化钠(NaBH4)作为还原剂制备了Ni@Pd核壳纳米粒子,然后加入酸处理的MWCNTs并在搅拌10 h条件下,制备出了催化剂Ni@Pd/MWCNTs。TEM、EDS和XPS证明了核壳纳米粒子存在,同时XRD表明核壳纳米粒子具有较高的合金化。通过在0.5 M NaOH中的循环伏安图可以看出,催化剂Ni@Pd/MWCNTs具有较高的电化学活性表面积;在0.5 M NaOH + 1.0 M CH3OH中循环伏安图表明其对甲醇的阳极催化电流密度达到770.7 mA·mg-1 Pd,分别比催化剂PdNi/MWCNTs和Pd/MWCNTs的催化电流密度高出59.8%和144.6%;计时电流技术表明催化剂Ni@Pd/MWCNTs具有较高起始电流密度和极限电流密度。该实验表明:催化剂Ni@Pd/MWCNTs对碱性直接甲醇燃料电池具有良好的电催化活性和稳定性。2.由邻氨基苯酚通过氧化还原反应制备得到2-氨基苯并噁嗪-3-酮(APZ),并使其通过π-π键相互作用,非共价功能化于MWCNTs的表面。红外光谱表明APZ已经成功的功能化在MWCNTs的表面。拉曼光谱证明了APZ的形成,及其功能化的MWCNTs保存了较好的完整性。TEM表明所制备的Pd纳米粒子均匀的分布在MWCNTs的表面。在0.5M NaOH中的循环伏安图表明催化剂Pd/APZ-MWCNTs具有较大的电化学活性表面积;在0.5 M NaOH + 1.0 M CH3OH的循环伏安图表明催化剂Pd/APZ-MWCNTs具有较高的电催化活性,同时不同扫速的循环伏安图表明其对甲醇的电催化是受溶液扩散过程控制的影响。由计时电流曲线可以看出催化剂Pd/APZ-MWCNTs比Pd/AO-MWCNTs和Pd/C对甲醇的电催化具有更高的起始电流密度和极限电流密度,表明其对甲醇的电催化具有更好的稳定性。3.利用APZ功能化的MWCNTs为载体,使其与Pt和Ru的前驱体混合均匀,通过在乙二醇溶液中的回流作用,制备得到催化剂PtRu/APZ-MWCNTs。红外光谱、紫外可见光谱和拉曼光谱对载体的组成和完整性进行了表征。TEM表明PtRu合金纳米粒子在APZ-MWCNTs表面具有均匀的分散性和较小的粒径分布。在硫酸中的循环伏安法表明催化剂PtRu/APZ-MWCNTs具有较大的电化学活性表面积;在0.5 M H2SO4 +1.0 M CH3OH溶液中的循环伏安法和计时电流法表明催化剂PtRu/APZ-MWCNTs比PtRu/AO-MWCNTs和PtRu/C具有更高的电催化活性和稳定性。4.利用吡咯单体在酸性条件下能够通过单体的质子化等系列反应生成吡咯低聚体(PPO),此种单体在搅拌条件下能够非共价功能化于MWCNTs的表面。红外光谱和紫外可见光谱证明了低聚体的存在,拉曼光谱表明其能够较好的保存MWCNTs的完整性。利用乙二醇作为还原剂和稳定剂,制备了催化剂PtRu/PPO-MWCNTs。TEM和XRD证明了PtRu合金纳米粒子在PPO-MWCNTs表面能够均匀的分布以及具有较窄的粒径分布。CO溶出伏安法表明催化剂PtRu/PPO-MWCNTs比PtRu/AO-MWCNTs和PtRu/C具有更大的电化学活性表面积;在0.5 M H2SO4 +1.0 M CH3OH中的循环伏安法表明催化剂PtRu/PPO-MWCNTs具有更低的氧化起始电流,更高的电催化活性和抗CO中毒能力;计时电流法表明催化剂PtRu/PPO-MWCNTs具有更高的起始电流密度和极限电流密度。5.制备了乙二胺修饰的交联淀粉(CAS)。由于直链淀粉能够按照左手螺旋规则的形式包裹于MWCNTs的表面,所以在搅拌条件下,我们很容易就制备得到CAS-MWCNTs。红外光谱证实了CAS已经成功的包裹于MWCNTs的表面,拉曼光谱同时表明CAS的功能化能够较好的保持MWCNTs的完整性。由于修饰的CAS结构上有大量的氨基,在弱酸性的条件下,氨基带有微弱的正电荷,此时Pt和Ru的前驱体能够自组装于CAS-MWCNTs的表面。在乙二醇存在的条件下, PtRu合金纳米粒子沉积于CAS-MWCNTs的表面。TEM和XRD表明PtRu合金纳米粒子均匀的分布在CAS-MWCNTs的表面以及PtRu合金纳米粒子具有较小的粒径分布。通过CO溶出伏安法表明催化剂PtRu/CAS-MWCNTs具有较大的电化学活性表面积;在0.5 M H2SO4 +1.0 M CH3CH2OH中的循环伏安法表明催化剂PtRu/CAS-MWCNTs对乙醇的电氧化峰电位分别为0.67 (F1), 1.06 (F2)和0.39 (B) V,并且三个氧化峰所对应的峰电流密度均大于催化剂PtRu/AO-MWCNTs和PtRu/C。同时催化剂PtRu/CAS-MWCNTs的F1/F2峰电流密度的比值明显大于其它两种催化剂,表明其更容易把乙醇完全氧化为CO2。计时电流技术表明催化剂PtRu/CAS-MWCNTs在酸性条件下对乙醇具有较高的起始电流密度和极限电流密度。